Sinds de sterrenkundige Fritz Zwicky in de jaren dertig ontdekte dat de bewegingen van de sterrenstelsels in de Comacluster niet te verklaren zijn met de zichtbare hoeveelheid materie denken sterrenkundigen dat er naast die 'gewone' materie ook 'donkere materie' moet bestaan. Sinds die tijd is de hoeveelheid bewijs dàt donkere materie bestaat torenhoog geworden en inmiddels weten we dat 4% van het heelal uit gewone materie bestaat en 22% uit donkere materie…. oh ja en de overige 74% is de even mysterieuze donkere energie. Eén probleem met die stapel bewijzen is dat ze allemaal indirect zijn, d.w.z. dat donkere materie zèlf nog nooit is waargenomen, maar wel de effecten ervan. Geen wonder dat niet alle wetenschappers overtuigd zijn van het bestaan ervan en dè exponent van die beweging is de Israeliër Mordehai Milgrom, die in 1983 met z'n Modified Newtonian dynamics (MOND) kwam. Volgens hem bestaat donkere materie niet en zijn alle waargenomen effecten, zoals de bewegingen in de Comacluster, niet te verklaren met de gravitatietheorie met Newton. Vandaar Milgrom's theorie van MOND, een aangepaste gravitatietheorie, waarmee de effecten wel te verklaren zouden zijn. Onlangs kreeg MOND een soort van revival door dat de sterrenkundige Stacy McGaugh (Universiteit van Maryland) in een wetenschappelijk artikel betoogde dat MOND ook geldt voor gasrijke sterrenstelsels. Haar theorie werd al snel opgepikt door populaire websites en binnen de kortste keren leek het alsof donkere materie op de schroothoop kon en MOND victorie kon kraaien. Maar niets is minder waar. Sterker nog, in een schitterend heldere blog heeft de kosmoloog Sean Carroll onlangs aangetoond waarom de theorie van donkere materie nog steeds recht overeind staat en waarom MOND helemaal niet klopt. Carroll's blog is sindsdien talloze malen door andere astrobloggers geciteerd en allemaal trekken ze dezelfde conclusie als hem. Ik zal hier kort enkele van Carroll's argumenten aanstippen, waarom volgens hem donkere materie wel degelijk bestaat en de MOND-aanhangers het bij het verkeerde eind hebben.
De Bullet cluster
Eén van de beste bewijzen voor het bestaan van donkere materie is de Bullet cluster (1E 0657-56), hierboven op de foto te zien. Diens gravitationele centrum blijkt niet samen te vallen met het centrum van de zichtbare materie en met een betrouwbaarheidscijfer van maar liefst 8σ kan dat NIET met MOND worden verklaard. Vandaar dat de Bullet cluster de figuurlijke 'smoking gun' van donkere materie wordt genoemd.
MOND verklaart niet de 3e piek in de kosmische microgolfachtergrondstraling
Met satellieten als COBE, WMAP en Planck zijn de minieme temperatuursverschillen in de kosmische microgolfstraling (Engelse afkorting: CMB) uitgebreid bestudeerd. Die straling is het restant van de hete oerknal en uit de grootte van de anisotropieën – duur woord voor die temperatuursverschillen – kan men afleiden dat zich in het vroege heelal oscillaties moeten hebben voorgedaan. Oorzaak hiervoor is dat donkere materie alleen de aantrekkende zwaartekracht voelt, terwijl gewone materie de zwaartekracht voelt én de afstotende druk. In de pieken in de grafiek hieronder zie je het resultaat: de donkere materie zorgt voor de hoge eerste en derde piek, terwijl de tweede en vierde piek – als donkere materie en gewone materie 'uit fase zijn' – onderdrukt worden en daarmee lager zijn. Het cruciale is de derde piek, die ik even met een rood pijltje heb aangegeven:
De doorgetrokken lijn is de voorspelling op basis van MOND, de stippellijn is op basis van donkere materie. De stippen en kruisjes, al of niet met vertikale onzekerheidsbalkjes, zijn de waarnemingen. Wat zien we: de derde piek wijst erop dat donkere materie bestaat, MOND schiet hier ernstig tekort.
MOND is lelijk
OK, ik geef toe dat dit niet zo'n heel sterk wetenschappelijk argument is, maar esthetisch schijnt MOND spuuglelijk te zijn. Ook in de natuurwetenschappen wordt het KISS-principe gehanteerd, Keep it simple stupid, dus formules moeten zo mooi mogelijk zijn. Denk ook aan het befaamde Scheermes van Ockham. Dàt MOND lelijk is en Newton's gravitatie en Einstein's Algemene Relativiteitstheorie (ART) niet blijkt wel uit de volgende figuur – geleend van Francis the Mule – waarin wij links de zogenaamde Lagrangiaan (bewegingsfunctie) zien volgens Einstein's ART en rechts volgens MOND (TeVeS is een variant daarvan):
Hoe eenvoudig is Einstein's Lagrangiaan, hoe ingewikkeld met allerlei 'entiteiten' (in Ockham's scheermes) is de MOND-Lagrangiaan. Afijn, alle reden om Sean Carroll's magnifieke blog in de bron te lezen en àlle argumenten te bekijken waarom de theorie van de donkere materie nog altijd geldig is en MOND faalt. Bron: Cosmic Variance.